摘要：介紹了快速電弧光保護(hù)系統(tǒng)和電弧光保護(hù)的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并討論了安裝在110kV變電站的10kV母線(xiàn)電弧光保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:中低壓；母線(xiàn)故障；母線(xiàn)保護(hù)；電弧光保護(hù)；
0前言
目前，除220kV及以上電壓等級(jí)變電站低壓側(cè)母線(xiàn)外，110kV及以下電壓等級(jí)變電站35kV及以下電壓等級(jí)母線(xiàn)未安裝母線(xiàn)保護(hù)。由于各種原因，中低壓母線(xiàn)故障的概率相當(dāng)，但長(zhǎng)期以來(lái)，一旦母線(xiàn)出現(xiàn)故障，中低壓母線(xiàn)故障只能通過(guò)較長(zhǎng)的延遲后備保護(hù)來(lái)切除，母線(xiàn)故障不能快速切除。因此，由于中低壓母線(xiàn)故障持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，故障往往會(huì)擴(kuò)大，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的母排等設(shè)備會(huì)燒毀甚至B炸，危及相鄰設(shè)備和人員。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，主變外斷路器故障產(chǎn)生的電力容易變形損壞主變繞組，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了保護(hù)變壓器和母線(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少母線(xiàn)故障時(shí)設(shè)備的損壞，電力系統(tǒng)迫切需要一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的中低壓母線(xiàn)保護(hù)解決方案。電弧光保護(hù)系統(tǒng)是眾多替代方案中的理想解決方案。
電弧光保護(hù)工作原理
當(dāng)母線(xiàn)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大電流，產(chǎn)生達(dá)數(shù)萬(wàn)勒克斯的弧光。電弧光保護(hù)根據(jù)故障時(shí)產(chǎn)生的弧光和大電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。電弧光保護(hù)通過(guò)電弧探/頭或電弧光傳感器檢測(cè)電弧光，并通過(guò)過(guò)過(guò)流元件檢測(cè)電流。當(dāng)檢測(cè)到電弧光信號(hào)和過(guò)流元件運(yùn)動(dòng)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作并發(fā)出跳閘命令，切斷母線(xiàn)電源進(jìn)線(xiàn)和母線(xiàn)上的母聯(lián)斷路器，隔離故障點(diǎn)，發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，定位故障點(diǎn)。原理見(jiàn)圖1。
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2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成
弧光保護(hù)系統(tǒng)由單元、擴(kuò)展單元、弧光傳感器和弧光探/頭通過(guò)光纖或網(wǎng)線(xiàn)連接而成。一套電弧光保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)一段母線(xiàn)，每套電弧光保護(hù)系統(tǒng)由一個(gè)單元、多個(gè)擴(kuò)展單元和多個(gè)電弧光探/頭組成。兩段母線(xiàn)的電弧光保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)光纖連接各自的單元進(jìn)行通信，相互傳遞光信號(hào)、過(guò)流信號(hào)和跳閘信號(hào)。單元通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)與擴(kuò)展單元連接，單元通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)向擴(kuò)展單元提供工作電源，并接收擴(kuò)展單元的信號(hào)。擴(kuò)展單元通過(guò)光纖與安裝在各斷路器間隔內(nèi)的弧光探/頭連接。通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)鏈接在同一段母線(xiàn)上的多個(gè)擴(kuò)展單元之間，實(shí)現(xiàn)工作電源的通信和獲取。
2．1單元
該單元是電弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心元件，主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)和通信功能，主要由電流監(jiān)測(cè)元件和光信號(hào)檢測(cè)元件組成。當(dāng)電流大于過(guò)流定值時(shí)，過(guò)流元件的瞬時(shí)動(dòng)作可以選擇使用三相過(guò)流判斷或兩相過(guò)流判斷和零序過(guò)流判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。光信號(hào)檢測(cè)元件檢測(cè)擴(kuò)展單元上傳的電弧光動(dòng)作信號(hào)，確定為電弧光。
2．2擴(kuò)展單元
擴(kuò)展單元主要用于增加弧光探/頭的接口數(shù)量。其內(nèi)部光檢測(cè)元件將弧光探/頭捕獲的光放大后與預(yù)選參考電平進(jìn)行比較。如果光電平超過(guò)預(yù)設(shè)參考電平，則確定為弧光，然后向單元發(fā)出弧光動(dòng)作信號(hào)。擴(kuò)展單元通過(guò)光纖連接到弧光探/頭，以確保弧光強(qiáng)度在傳輸過(guò)程中的衰減。
3應(yīng)用實(shí)例
一套電弧光保護(hù)系統(tǒng)安裝在110kV變電站10kV兩段母線(xiàn)上，兩段10kV母線(xiàn)通過(guò)母線(xiàn)斷路器連接。10kV電氣主線(xiàn)及安裝的兩套電弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。
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3．1.保護(hù)收集判據(jù)
為了實(shí)現(xiàn)電弧光保護(hù)系統(tǒng)的功能，過(guò)流元件采集主變10kV側(cè)電流，電流繞組與主變10kV側(cè)后備保護(hù)中使用的電流繞組為同一組；電弧光信號(hào)由擴(kuò)展單元提供給單元，擴(kuò)展單元通過(guò)光纖采集安裝在空氣絕緣裝甲開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的每個(gè)斷路器間隔母線(xiàn)室內(nèi)的電弧光探/頭。
3．電弧光保護(hù)系統(tǒng)定值設(shè)置設(shè)置
1)整理保護(hù)動(dòng)作條件，只要光信號(hào)不需要過(guò)流信號(hào)或同時(shí)需要光信號(hào)和過(guò)流信號(hào)，就可以選擇保護(hù)動(dòng)作條件。由于電弧光保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致母線(xiàn)斷電，為了防止保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作條件設(shè)置為需要光信號(hào)和過(guò)流信號(hào)。
2)根據(jù)制造商的建議，選擇光參考電平和光補(bǔ)償方法作為自動(dòng)背景光補(bǔ)償。
3)整理過(guò)流定值，過(guò)流可選擇相電流或零序電流作為過(guò)流定值。考慮到對(duì)各種故障的適應(yīng)性，選擇相電流，過(guò)流定值參照主變后備保護(hù)過(guò)流Ⅰ整定段定值。
4)整理光纖通道，設(shè)置每個(gè)光纖接口的工作模式(輸入或輸出)和接收或發(fā)送信號(hào)的類(lèi)型(光信號(hào)和過(guò)流信號(hào)跳閘信號(hào))。圖3為例。為了保證一個(gè)主變退出運(yùn)行，當(dāng)另一個(gè)主變通過(guò)母聯(lián)向兩個(gè)母線(xiàn)供電時(shí)，兩個(gè)單元中的一個(gè)檢測(cè)到過(guò)流，保護(hù)可以正確移動(dòng)。信號(hào)類(lèi)型應(yīng)設(shè)置為過(guò)流信號(hào)。
3．33電弧光保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作邏輯
1)當(dāng)檢測(cè)到弧光信號(hào)并滿(mǎn)足過(guò)流條件時(shí)，保護(hù)動(dòng)作通過(guò)兩個(gè)速跳閘出口跳過(guò)母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器和母線(xiàn)母線(xiàn)斷路器。
2)電弧光保護(hù)動(dòng)作應(yīng)鎖定10kV備用電源自投裝置，防止10kV母線(xiàn)在兩段母線(xiàn)獨(dú)LI運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障。電弧光保護(hù)動(dòng)作切除主變10kV側(cè)斷路器后，10kV備用自投裝置動(dòng)作將10kV母線(xiàn)聯(lián)合閘在10kV故障母線(xiàn)上。(要求電弧光保護(hù)系統(tǒng)提供至少兩個(gè)速跳閘出口用于跳閘斷路器，以及兩個(gè)常規(guī)繼電器接點(diǎn)用于發(fā)信和閉鎖備自投。
)
3．4電弧光保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的設(shè)計(jì)要求，在安裝調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行以下調(diào)試：
1)用強(qiáng)光源照射各斷路器柜的弧光探/頭，
檢查弧光傳感器的動(dòng)作情況，記下弧光探/頭對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈號(hào)，用斷路器號(hào)標(biāo)記相應(yīng)的信號(hào)燈，便于以后的故障定位。
2)檢查動(dòng)作邏輯是否符合要求，一種是光信號(hào)而不是過(guò)流信號(hào)，另一種是光信號(hào)和過(guò)流信的保護(hù)。
3)檢查過(guò)流元件的動(dòng)作值、返回值和返回系數(shù)是否符合規(guī)定要求。
4)檢查上傳的信號(hào)是否正確。
5)帶斷路器進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，保護(hù)動(dòng)作邏輯正確，斷路器動(dòng)作行為正確，動(dòng)作率正確100，自投10kV正確鎖定，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于3ms。因此，電弧光保護(hù)比其他中低壓母線(xiàn)保護(hù)具有巨大的優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表1。設(shè)備損壞見(jiàn)表2。
4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)明
ARB5-弧光主控單元
（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元。
（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。
（3）弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。
（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。
5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝
弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。
7結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,將母線(xiàn)短路故障時(shí)間控制在100ms甚至更短的時(shí)間以?xún)?nèi),可在很大程度上降低故障對(duì)母線(xiàn)設(shè)備及主變的損害程度見(jiàn)表2,同時(shí)降低設(shè)備受損程度還可以減少開(kāi)關(guān)柜停電檢修的時(shí)間,針對(duì)中低壓開(kāi)關(guān)柜故障特性開(kāi)發(fā),原理簡(jiǎn)單,動(dòng)作迅速可靠,對(duì)現(xiàn)有設(shè)備無(wú)特殊要求的電弧光保護(hù)系統(tǒng)是一種實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的較為理想的保護(hù)解決方案。
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